KR100693451B1

KR100693451B1 - 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100693451B1
Application number: KR1020050056512A
Authority: KR
Inventors: 박제환
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20070000862A

Abstract

본 발명은 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 유리섬유를 포함하도록 하여 내마모성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 유리섬유를 포함하도록 하여 내마모성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 포함하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 유리섬유 3∼20중량부 포함할 수 있다.

Description

내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition for improved anti-abrasion property}

타이어 트레드는 천연고무 또는 천연고무와 합성고무를 주원료로 하고, 원료고무의 물성, 기타 특성을 향상시키기 위해 보강재, 노화방지제, 연화제, 가류제 및 가류촉진제를 적의 선택하여 적절한 함량으로 사용하고 있다.

타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰과 이러한 마찰에 의해 발생하는 열로 인해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모성(abrasion resistance)과 내열성이 우수해야 한다.

이러한 내마모성, 내열성 이외에도 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 타이어의 회전저항(rolling resistance) 성능이 좋아야 한다. 그리고 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 결빙이나 빙판에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 타이어의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.

오늘날 타이어의 요구수준은 매우 다양하여 조종안정성, 소음, 직진성, 회전저항, 제동력, 내마모성, 내열성 등의 모든 특성을 적절히 조절하는 기술이 필요하다.

이중에서 내마모성은 타이어의 기본 성능과 더불어 마모성능 향상에 대한 시대적인 흐름과 소비자의 요구가 점차 증대되고 있으며, 특히 자원절약과 그린라운드(Green round)가 전세계적인 관심사로 대두되고 있는 현 상황에서 이를 해결하기 위한 연구개발이 활발히 추진되고 있는 실정이다.

타이어의 내마모성을 향상시키기 위한 것으로서 원료고무를 변화시키는 것을 이용하거나 보강제를 이용하는 방법이 있다.

먼저 원료고무를 이용한 방법은 다음과 같다. 종래에는 주석(Sn) 중합제나 네오디움(Nd) 중합제를 이용하여 용액중합법으로 제조한 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 또는/및 부타디엔 고무(BR)를 원료고무에 첨가하도록 하거나, 아민(amine)이나 방향족 비닐(aromatic vinyl)로 변성시킨 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)를 원료고무에 첨가하도록 하거나, 또는 히드록시기(hydroxy)나 실란(silane)으로 변성시킨 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)를 원료고무에 첨가하도록 하여 고무의 미세구조 변화에 따라 보강재인 카본블랙과 실리카의 가공성과 분산성을 개선하여 내마모성을 향상시킨다.

또한 보강재를 이용하는 방법으로 발단된 구조(high structure)와 높은 표면적(high surface area)을 갖는 카본블랙을 적용하거나, 실리콘(Si)으로 표면처리 된 카본블랙을 이용하거나, 분산성(dispersion)이 다른 이종(dual)의 카본블랙을 이용하는 방법이 있다.

최근에는 보강재로 카본블랙 대신 실리카를 많이 사용하고 있으므로, 실란(silane)으로 표면 처리한 실리카를 이용하거나, 스티렌 부타디엔 고무로 표면을 코팅한 실리카를 이용하거나, 실리카와 혼합된 클레이(clay)를 보강재로 사용하여 내마모성을 향상시키고 있다.

이외에도 타이어 트레드 고무의 내마모성을 향상시키기 위해 노르보닐실리콘(norbonylsilicon) 커플링제(coupling agent)를 이용하여 카본블랙이나 실리카를 고무조성물과의 결합력을 증진시켜 내마모성을 개선하거나, 수산화알루미늄(Aluminium hydroxide)을 이용하여 나노입자(nano-size) 카본블랙이나 클레이를 적용하는 기술도 있다.

그러나 상기에서 언급한 기술들은 고무조성물의 주재료인 고무나 보강재를 일부 또는 전부 대체해야 효과가 나타나므로 개선하고자 하는 고무조성물의 내마모성 이외에 다른 성능을 감소시키거나 물성을 저하시키는 경우가 발생한다. 또한 이처럼 개선된 고무조성물의 가격이 너무 높아 적용하기 어려운 문제가 있다.

상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 연구한바, 종래 타이어 트레드 고무 조성물에 유리섬유를 포함하도록 하면 회전저항, 제동력 특성을 종래 타이어 트레드 고무조성물과 동등 수준을 유지하면서, 내마모성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 유리섬유를 포함하도록 하여 내마모성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 유리섬유 3∼20중량부 포함할 수 있다.

본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

본 발명에서 이러한 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 천연고무와 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 두 개 이상의 합성고무를 혼합한 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 이소 프렌 고무(IR), 클로로프렌 고무(CR), 니트릴 고무(NBR), 부틸고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 내마모성을 향상시키기 위해 유리섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 3∼20중량부 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 유리섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 3중량부 미만 사용하면 내마모성의 개선효과가 충분히 나타나지 않으며, 유리섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 20중량부 초과하여 사용하면 내마모성에 대한 뚜렷한 효과의 향상이 없으며, 기계적 물성이 감소할 우려가 있다.

따라서 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 유리섬유를 3∼20중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 내마모성을 향상시키기 위해 사용하는 유리섬유는 이러한 역할을 할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

본 발명에서 이러한 유리섬유의 일예로서 SiO₂ 54.5∼72중량％, Al₂O₃ 0.6∼24.8중량％, CaO 0.01∼17.5중량％, MgO 2.3∼10.3중량％를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 이때 유리섬유는 길이 65∼85㎛, 직경 8∼14㎛, 인화손실율 0.1％ 이하 보다 바람직하게는 0.01∼0.1％, 필라멘트의 알칼리 함량 0.8％ 이하 보다 바람직하게는 0.1∼0.8％, 수분함량 0.1％ 이하 보다 바람직하게는 0.01∼0.1％, 벌크밀도 1.0∼1.2g/cm³인 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 유리섬유에 대하여 다양한 특성, 함량의 원료고무, 유리섬유를 타이어 트레드 고무조성물에 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 특성, 함량의 원료고무, 유리섬유를 사용하는 것이 좋다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 유리섬유 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 보강재, 활성제, 연화제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 승용차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나의 타이어를 나타낸다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예>

유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1721, 금호석유화학) 90중량부 및 천연고무 10중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 실리카(Zeosil-175, 로디아실리카코리아) 45중량부, 실란커플링제(X-50S, shuguang) 7.2중량부, 카본블랙(N-103, 코리아카본블랙) 45중량부, 공정오일(Aromatic-2) 4중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-Dimethylbutyl)- N'-phenyl-p-phenylene diamine, Kumanox-13) 5중량부, 왁스 2중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.

그런 다음 가류제로서 유황 1.9중량부, 가류촉진제로서 N-부틸벤조티아졸 설펜아미드(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 2.5중량부를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

<비교예 2>

밴버리 믹서에서 원료고무와 실리카, 실란커플링제, 카본블랙, 공정오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 및 왁스를 배합시 유리섬유 2중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<비교예 3>

밴버리 믹서에서 원료고무와 실리카, 실란커플링제, 카본블랙, 공정오일, 산 화아연, 스테아린산, 노화방지제 및 왁스를 배합시 유리섬유 25중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<실시예>

유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1721, 금호석유화학) 90중량부 및 천연고무 10중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 유리섬유 5중량부, 실리카(Zeosil, 로디아실리카코리아) 45중량부, 실란커플링제(X-50S, shuguang) 7.2중량부, 카본블랙(N-103, 코리아카본블랙) 45중량부, 공정오일(Aromatic-2) 4중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-Dimethylbutyl)- N'-phenyl-p-phenylene diamine, Kumanox-13) 5중량부, 왁스 2중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.

표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성(단위 : 중량부)

항 목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
SBR-1721	90	90	90	90
천연고무(1)	10	10	10	10
유리섬유(2)	-	2	25	5
실리카	45	45	45	45
실란커플링제	7.2	7.2	7.2	7.2
카본블랙	45	45	45	45
공정오일	4	4	4	4
산화아연	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2
노화방지제	5	5	5	5
왁스	2	2	2	2
가류제	1.9	1.9	1.9	1.9
가류촉진제	2.5	2.5	2.5	2.5

(1)SMR-20(Standard Malaysian Rubber-20)

(2)유리섬유 : 구성성분으로 SiO₂ 54.5∼72중량％, Al₂O₃ 0.6∼24.8중량％, CaO 0.01∼17.5중량％, MgO 2.3∼10.3중량％를 포함하고, 길이 65∼85㎛, 직경 8∼14㎛, 인화손실율 0.1％ 이하, 필라멘트의 알칼리 함량 0.8％ 이하, 수분함량 0.1％ 이하, 벌크밀도 1.0∼1.2g/cm³인 것을 사용하였다.

<시험예>

상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 발열시험, 무니시험, 레오미터, 발열시험, 마모시험, 레오비브론 시험과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성

항 목		비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
무니점도 (125℃)	점도	91	85	119	85
무니점도 (125℃)	스코치시간(분)	21.4	28.3	22.2	30.2
레오미터 (160℃)	최대토크	35.1	31.7	39.9	31.1
레오미터 (160℃)	가황시간(T90, 분)	12.8	15.1	13.6	15.7
인장물성	경도	77	76	79	76
	300％모듈러스(kgf/cm²)	142	137	132	157
	인장강도(kgf/cm²)	213	222	206	236
	신장율(％)	453	479	492	443
발열시험	발열(℃)	36.2	36.2	37.6	35.2
마모시험 (손실량)(1)	DIN마모(g)	0.182	0.181	0.174	0.167
마모시험 (손실량)(1)	PICO마모(g)	0.019	0.020	0.018	0.016
레오비브론 시험(2)	Tanδ(0℃)	0.476	0.473	0.471	0.479
레오비브론 시험(2)	Tanδ(70℃)	0.194	0.191	0.183	0.196

(1)마모시험(피코(PICO) 마모, 딘(DIN) 마모)은 시편의 마모된 값을 나타낸 것으로, 수치가 낮을수록 내마모성이 우수함을 의미한다.

(2)레오비브론 시험 중 Tan δ(70℃)은 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하고, Tan δ(0℃)은 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수하다.

상기 시험예의 결과에서처럼 적절한 함량의 유리섬유를 포함하는 실시예의 고무는 유리섬유를 포함하지 않는 비교예의 고무와 대비시, 회전저항 특성과 제동력 특성이 동등 수준이면서 내마모성이 획기적으로 향상되었음을 알 수 있다.

한편, 유리섬유를 적절한 함량으로 첨가하지 못한 비교예 2, 비교예 3의 고무는 비교예 고무에 비해 내마모성이 향상되지 못하고, 회전저항 특성과 제동력 특성이 나빠짐을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 유리섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 3∼20중량부 첨가되어 사용하는 것이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

타이어 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 길이 65∼85㎛, 직경 8∼14㎛, 인화손실율 0.01∼0.1％, 필라멘트의 알칼리 함량 0.1∼0.8％, 수분함량 0.01∼0.1％, 벌크밀도 1.0∼1.2g/cm³이고, SiO₂ 54.5∼72중량％, Al₂O₃ 0.6∼24.8중량％, CaO 0.01∼17.5중량％, MgO 2.3∼10.3중량％ 포함하는 유리섬유 3∼20중량부 포함함을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물.
삭제
특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 포함하는 타이어.